Por qué entender los sistemas de refrigeración es más importante que nunca

El motor del progreso en nuestro mundo hiperconectado y de alta potencia es la refrigeración. Es la presión invisible que hace que nuestras casas sean habitables en verano, que nuestro sistema de datos en el planeta no se caiga y que nuestras máquinas industriales no dejen de funcionar. Los sistemas de refrigeración forman parte más que nunca de nuestras vidas y de nuestra estabilidad económica, ya sea el cómodo aire acondicionado del hogar o la gestión térmica de la estación base de misión crítica de 5G.

Con el aumento de la tecnología, se inventan dispositivos más compactos, más potentes y que generan más calor. Un rack de un centro de datos moderno puede producir más de 30 kW de calor, suficiente para calentar una casa pequeña en invierno. Del mismo modo, el impulso de las energías renovables depende del perfecto funcionamiento de los inversores de potencia y los dispositivos de almacenamiento de baterías, que son muy susceptibles al calor. Conocer las distintas formas de sistemas de refrigeración ya no es una mera forma académica; es una necesidad esencial entre los propietarios de viviendas que quieren ser eficientes, los empresarios que quieren ser fiables y los ingenieros que quieren diseñar el futuro. Se puede conseguir con un sistema de refrigeración adecuado en función del motivo por el que se necesite, tanto si se trata del funcionamiento o el mantenimiento de una vivienda como de una nave industrial. Esta guía abarcará todo el enorme campo de la refrigeración, desde el zumbido del sistema HVAC, ya sabe, hasta la precisión de la electrónica industrial, además de permitirle seleccionar el tipo de sistema más adecuado a sus necesidades.

Cómo funciona realmente la refrigeración

Fundamentalmente, la refrigeración no consiste en producir una temperatura baja, sino en transferir calor. Todo sistema de refrigeración funciona basándose en la ley esencial de la termodinámica, especialmente la Segunda Ley de la termodinámica, según la cual el calor se transfiere de forma natural entre cuerpos más calientes y más fríos. El objetivo de cualquier sistema de refrigeración es facilitar y acelerar este proceso de transferencia de calor.

Se trata de tres procesos principales:

1. Conducción: Conducción térmica por contacto directo. Uno básico es un disipador de calor que está en contacto directo con el disipador de calor de un procesador.
2. Convección: Movimiento de fluidos (líquidos o gases) que transfieren calor. Un ejemplo ideal de convección forzada es un ventilador que sopla aire sobre un disipador de calor, eliminando la fuente de calor.
3. Radiación: Transferencia de calor por ondas electromagnéticas. Todo lo que tiene una temperatura superior al cero absoluto emite calor, lo que se aplica con frecuencia en el diseño de refrigeración pasiva.

En la mayoría de los sistemas, una combinación de estos principios forma un ciclo de refrigeración, en el que un fluido especial (un refrigerante) absorbe el calor, convirtiéndose en gas en lugar de líquido, y traslada el calor a otras partes donde se desprende al condensarse el gas de nuevo en líquido. Esta simple idea del calor que fluye es importante para entender el funcionamiento de los siguientes tipos de sistemas.

Principales categorías de sistemas de refrigeración: Panorama general

Aunque la lista de aplicaciones específicas es ilimitada, casi todas las tecnologías de refrigeración pueden clasificarse en tres grandes familias según el medio en el que se basan para mover el calor.

Refrigeración por aire: El enfoque más común

El tipo de gestión térmica más extendido es la refrigeración por aire. Toma el aire que la rodea como principal medio de absorción y disipación del calor. Su bajo coste, sencillez y facilidad de mantenimiento la convierten en la opción por defecto en una gran variedad de aplicaciones, siendo la más habitual la refrigeración de un ordenador de sobremesa, pero también la ventilación de una fábrica.

La mayoría de los sistemas basados en el aire son pasivos (basados en la convección natural) o activos (basados en la convección forzada por medio de ventiladores). La eficiencia y el diseño de los ventiladores de un refrigeración activa por aire están fundamentalmente relacionadas con su rendimiento.

Refrigeración por agua: Potencia y eficiencia

Los sistemas basados en agua aprovechan el hecho de que el líquido tiene una gran masa térmica: el agua tiene la capacidad de almacenar muchas veces más calor que la masa de aire, muchas veces más. Esto la hace muy útil cuando se trata de cargas térmicas de alta densidad.

En estos sistemas, el refrigerante (normalmente agua o una mezcla de agua y glicol) circula por un circuito, donde absorbe el calor de una fuente en una placa fría o un intercambiador de calor. A continuación, el líquido caliente se bombea a un radiador o torre de refrigeración, donde el calor se expulsa al aire circundante.

Aunque los sistemas de refrigeración por agua son más complicados y costosos que la refrigeración por aire, son más eficaces cuando se trata de un sistema informático muy exigente en cuanto a rendimiento, como un centro de datos, un ordenador de alto rendimiento o procesos industriales pesados.

Sistemas basados en refrigerantes: La magia del cambio de fase

La categoría es el caballo de batalla del aire acondicionado y la refrigeración contemporáneos. Aprovecha las características de cambio de fase de un refrigerante para transferir grandes cantidades de calor. El refrigerante se evapora a baja presión y baja temperatura dentro de un circuito cerrado y se lleva gran parte del calor de la zona interior (éste es el efecto refrigerante). A continuación, se presuriza hasta convertirse en un gas a alta presión y alta temperatura. Por último, pasa a una unidad exterior donde se condensa en un líquido para liberar su calor almacenado al aire exterior. Este ciclo es muy eficaz para establecer una gran diferencia de temperatura entre las zonas interiores y exteriores, lo que ayuda a evitar el calor excesivo en las zonas controladas.

Sistemas HVAC habituales en hogares y empresas

El uso más conocido de la tecnología de refrigeración son los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), cuyo objetivo es regular la temperatura y la calidad del aire en el interior del edificio y proporcionar un ambiente confortable durante todo el año.

Aire acondicionado central (CAC) y calderas

El aire acondicionado central es el sistema más popular que se encuentra en los hogares de Norteamérica y en el que se utiliza un ciclo de refrigerante para enfriar el aire en un lugar central. A continuación, este aire frío se bombea a todas las partes del edificio a través de una red de conductos y rejillas de ventilación. El sistema suele ser un sistema dividido, que tiene una unidad interior (batería del evaporador) y una unidad exterior (batería del condensador y compresor). Se trata de un sistema destinado a mantener eficazmente una temperatura agradable en todo el espacio vital y, por tanto, a garantizar la uniformidad del confort en el hogar.

Sistemas minisplit sin conductos

Duke es menos adecuado para viviendas que no tienen conductos o para zonificar una habitación concreta; también presentan un diseño dividido con un compresor exterior y una o más unidades interiores de tratamiento de aire. Las unidades interiores individuales tienen su propio ventilador y evaporador, que pueden controlar independientemente la temperatura de varias habitaciones. Son muy eficientes y su instalación suele ser cara por unidad de capacidad de refrigeración.

Enfriadoras y torres de refrigeración comerciales

Las enfriadoras se utilizan en grandes instalaciones como oficinas, hospitales y aeropuertos. Una enfriadora enfría agua en lugar de enfriar aire directamente, y luego el agua se conduce por todo el edificio hasta los climatizadores para enfriar el aire. El calor absorbido por el agua se emite después a la atmósfera, y suele hacerse mediante una gran torre de refrigeración exterior, que utiliza el principio de evaporación para enfriar el aire con una eficacia asombrosa.

Refrigeración especializada: Las exigencias de la industria y la informática

En cuanto el objetivo pasa a ser no sólo la refrigeración de espacios abiertos, sino también la protección de equipos de misión crítica en espacios cerrados, los retos y las soluciones cambian radicalmente. El mundo de la industria y la tecnología de la información no se centra en la comodidad cuando se trata de refrigeración, sino en el tiempo de actividad, la fiabilidad y los activos valorados en miles de millones de dólares.

Los componentes electrónicos se ven afectados sobre todo por el calor, ya que minimiza su ciclo de vida y provoca fallos desastrosos. La refrigeración de alta precisión y fiabilidad es esencial en una amplia variedad de aplicaciones:

• Telecomunicaciones: Estaciones base 5G y conmutadores de una red suelen colocarse en pequeños armarios sellados al aire libre que están expuestos a condiciones meteorológicas extremas. Deben estar abiertos las 24 horas del día.
• Almacenamiento de energía y renovables: Inversores solares (FV) y sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) producen enormes cantidades de calor. Un calentamiento excesivo puede provocar una menor eficiencia y el fin prematuro de la vida útil, e incluso un embalamiento térmico potencialmente peligroso.
• Automatización industrial: PLCs, VFDsy las fuentes de alimentación se encuentran en armarios de control en la planta de la fábrica. Los armarios deben mantenerse sin polvo, humedad ni calor excesivo para evitar paradas de producción que resultan caras.
• Centros de datos/IT: Los bastidores de servidores son cada vez más gruesos. En un bastidor pueden caber decenas de servidores, lo que genera una gran concentración de calor y necesita aire activo dirigido.

Estos entornos no pueden sobrevivir con una ventilación básica. Debe haber un sistema de refrigeración activo dedicado a la alta fiabilidad y precisión.

ACDCFAN en acción: Soluciones a medida para industrias clave

Es en este punto donde la refrigeración a nivel de componentes es esencial. ACDCFAN diseña y produce pequeños ventiladores de refrigeración que proporcionan control térmico a estos sectores tan difíciles. Ofrecemos soluciones específicas identificando los difíciles problemas a los que se enfrenta cada industria, de ahí su integridad operativa.

• Para Telecomunicaciones: Ofrecemos ventiladores IP68 completamente impermeables, que garantizarán la disponibilidad 24/7 de las estaciones base 5G de exterior, sin importar el clima.
• Para campos de almacenamiento de energía y fotovoltaicos: Nuestros ventiladores están integrados en armarios de baterías e inversores para ofrecer una refrigeración fiable y constante que aumente la vida útil de estos importantes activos. Nuestros ventiladores inteligentes son capaces de ajustar la velocidad en función de la carga en tiempo real, lo que maximiza la eficiencia.
• Para maquinaria industrial: Nuestros ventiladores generan presión positiva en el armario de control para mantener el polvo y los residuos fuera del armario y eliminar de forma fiable el calor de los componentes electrónicos sensibles, lo que elimina los costosos tiempos de inactividad en la fábrica.
• Para el sector de la energía eléctrica: Esto, con una cartera de productos totalmente certificados (UL, CE, TUV), ha garantizado el uso de nuestros ventiladores en armarios de control de refrigeración en centrales eléctricas y subestaciones donde la seguridad es un aspecto innegociable.

Más allá del ventilador: resolver los principales retos de la refrigeración industrial

Suministrar un ventilador es fácil. Lo que crea valor real es ofrecer una solución térmica fiable y diseñada para esos problemas industriales fundamentales. Nuestras principales áreas de interés son tres, y son fundamentales para el éxito de nuestros clientes...

El reto de la presión estática en estanterías densamente empaquetadas

Dado que los servidores, las baterías y los módulos de alimentación se apilan unos encima de otros de forma apretada, la oposición contra el flujo de aire, también denominada presión estática, llega a ser excesivamente alta. Un ventilador normal puede girar muy rápido, pero no puede mover una cantidad significativa de aire a través de las gruesas aletas de un disipador térmico o una caja de servidores congestionada. Esto se soluciona utilizando diseños avanzados de aspas aerodinámicas, optimizadas para tener una presión estática elevada, de forma que el aire de refrigeración pueda entrar en los lugares más difíciles para llegar a las piezas vitales.

Fiabilidad y longevidad en entornos difíciles

Las piezas de una industria no deben cambiarse cada pocos años; deben ser duraderas. Estamos plenamente dedicados a la durabilidad. Empleamos una sólida tecnología de rodamientos de bolas para ofrecer un Tiempo Medio Entre Fallos (MTBF) de más de 70.000 horaspor lo que nuestros ventiladores ofrecerán una vida útil estable durante la vida útil de su equipo. Nuestro Tecnología de encapsulado impermeable IP68 se utiliza para garantizar una protección total contra la entrada de polvo y agua en aplicaciones expuestas a la intemperie. Esta obsesiva atención a la fiabilidad está respaldada por todo un paquete de certificaciones, como UL, CE, TUV y EMC, que le proporcionan una confirmación escrita de la calidad.

La demanda de refrigeración inteligente y energéticamente eficiente

En un mundo en el que el coste de funcionamiento está en la mente de la gente, el exceso de refrigeración es innecesario. Nuestros ventiladores incluyen PWM (modulación por ancho de pulsos) velocidad inteligente. Esto permite conectarlos internamente a un controlador principal (MCU) de su sistema para formar una solución térmica inteligente. Dispone de un ventilador silencioso que consume poca energía cuando las cargas son bajas, pero se pone a pleno rendimiento una vez que el sistema detecta la tensión. Este sistema de refrigeración a demanda ahorra mucha energía y ruido, así como acústica, lo que se traduce en un bajo coste total de propiedad.

Con un compromiso de colaboración rápida, podemos analizar sus necesidades y ofrecerle una propuesta térmica preliminar en 12 horas.

Conclusión

El mundo de la refrigeración es mucho más variado de lo que algunos creen. Es un continuo desde el macroscópico acondicionamiento del aire en nuestros edificios hasta la microscópica consideración de salvaguardar un procesador individual. Mientras que los sistemas de climatización son a gran escala y controlan nuestro confort, el futuro de la tecnología, la energía y la comunicación depende de las soluciones de refrigeración especializadas que podrán ofrecer fiabilidad y rendimiento en un espacio más reducido. Esta diferencia es importante para fabricar el sistema de refrigeración adecuado. En el caso del uso industrial e informático moderno, el éxito se define a menudo por la calidad de los elementos más pequeños. La selección de un ventilador resistente, inteligente y de alta ingeniería no es sólo una consideración irreflexiva, sino una inversión fundamental para la fiabilidad, la vida útil y el rendimiento óptimo de todo el sistema. Además, la consideración de los costes energéticos y la eficiencia del sistema puede ser útil para proporcionar sostenibilidad a largo plazo y reducir los costes operativos.